đồ án công nghệ thực phẩm - VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

đồ án công nghệ thực phẩm

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp,việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện,khai thác,chế biến

Có rất nhiều phương pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp,trong đó có phương pháp chưng luyện là một trong những phương pháp hay được sử dụng

Chưng là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp.Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí.Thường khi chưng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm.Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi

Trong thực tế có nhiều phương pháp chưng khác nhau như : chưng bằng hơi nước trực tiếp,chưng đơn

giản,chưng luyện Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau

VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

I Thuyết minh dây chuyền sản xuất :

Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 được bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3.Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao

vị được khống chế nhờ ống chảy tràn Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu qua thiết bị đun nóng 4 Tại đây,dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi Sau đó,dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua đĩa tiếp liệu

Tháp chưng luyện gồm 2 phần : phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện ,còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng

Như vậy,ở trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên,ngưng tụ một phần,vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao của tháp.Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của

nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng.Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng nên thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm Tóm lại theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần ,nồng độ cấu tử khó bay hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần và nhiệt

độ giảm dần Cuối cùng ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỉ lệ lớn Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện,ta bổ sung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6,dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn tới hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện,phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8 Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp,sau đó một phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu và đáy tháp, phần chất lỏng còn lại được đưa vào

bể chứa sản phẩm đáy 10.Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt đước tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11 Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục)

II.Sơ đồ dây chuyền

Chú thích

1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 5-Tháp chưng luyện

2-Bơm 6-Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

3-Thùng cao vị 7-Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 8-Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9-Thiết bị gia nhiệt đáy 10-Thùng chứa sản phẩm đáy 11-Thiết bị tháo nước ngưng

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Giả thiết:

- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi thiết diện của tháp

- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao của đoạn chưng và luyện

- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi

- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng nhau của phần hơi đi ra ở đỉnh tháp

- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

Yêu cầu thiết bị

F : năng suất thiết bị thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 2,5kg\s

Thiết bị làm việc ở áp suất thường p= 1at

Loại tháp :tháp đệm

Điều kiện

aF : nồng độ metylic trong hỗn hợp đầu =25% khối lượng

aP : nồng độ metylen trong sản phẩm đỉnh =96% khối lượng.

aW : nồng độ metylen trong sản phẩm đáy =1,5% khối lượng.

M1 = 32 kg\kmol,khối lượng phân tử metylen

M2 = 18 kg\kmol,khối lượng phân tử nước

TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU

1.tính cân bằng vật liệu:

Theo phương trình cân bằng của toàn tháp:

F=W+P (1)

Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi

F.aF=P.aP+W.aF (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra lượng sản phẩm đáy là

lượng sản phẩm đỉnh là

P=F-W= 0.621693122 kg/s

W= ( F P)

F a a

−

− =1.878306878 kg/s

Tính lượng hỗn hợp đầu F’,lượng sản phẩm đỉnh P’,lượng sản phẩm đáy W’ theo đơn vị kmol/s

aF,M1

F’=(

1

F

a

M + 1 a2F

M

−

).F= 0.25 1 0.25 *2.5

−

  = 0.124 kmol/s=446.4 kmol/h

P’= (

1

P

a

2

1 a P

M

−

).P= 0.96 1 0.96 *2.5

−

  =0.081 kmol/s=291.6 kmol/h

W’=F’- P’= 0.043 kmol/s= 154.8 kmol/h

2.tính chỉ số hồi lưu thích hợp,số đĩa lý thuyết

2.1 Đổi nồng độ từ phần khối lượng sang phần mol:

xF = 1

0.25

32 0.15789

1 0.25 1 0.25

32 18

F

a

M

+

xP = 1

0.96 32

1 0.96 1 0.96

32 18

P

a

M

xW =

W

1

0.015

32 0.0085

1 0.015 1 0.015

a

M

+

Dựa vào đường cân bằng lỏng hơi của hệ methanol- nước trong bảng IX.2a trang 149 nội suy

ta có

yF = 0.5112, yW = 0.0085

Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi hệ methanol-nước:

2.2 Chỉ số hồi lưu tối thiểu:

Rmin=

*

*

0.931 0.5112 0.5112 0.15789

P F

F F

2.3 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:

Áp dụng công thức : Rth= β.Rmin

Trong đó :

+ 1,2 =< β =< 2.5 là hệ số hồi lưu

+Rmin=1,188305

a) Phương trình đoạn luyện cho bởi công thức:

y= R R+1x +0.931R+1

b)Phương trình đoạn chưng cho bởi công thức:

y=R R++1f x - R f +−11xW

trong đó

'

'

F

f

P

=

= 6,174913 và xw

= 0.0085

1.2 1.425966 0.5878x+0.3838 0.3838 12 29.112

β =

β =

β =

β =

Vậy số đĩa lý thuyết là N LT = 8 và Rth= 2.37661

II.Tính đường kính tháp:

Công thức tính đường kính tháp đệm:

D=0.0188

( )

tb

g

Với g lượng hơi trung bình đi trong tháp

gtbl= g d2+g l

là lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện,kg\h hoặc kmol\h

gd :lương hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp,kg\h hay kmol\h

gl : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện,kg\h hay kmol\h

gd=GR+GP=GP(Rx+1)

trong đó GR = lượng chất lỏng hồi lưu = GP*Rx= 291.6* 2.37661= 693.1kmol/h

GP =P’= 291.6 kmol/h lưu lượng sản phẩm đỉnh,kmol/h

Vậy gd= 291.6( 2.37661+1)= 984.62 kmol/h

Lượng hơi g1,hàm lượng hơi y1,lượng lỏng G1 đối với đĩa dưới cùng của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

(1 )

(1 )

g G G

g y G x G x

g r g r

r r y y r

r r y y r







Trong đó x1 = xF

Và r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, rd là

ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

Và ra,rb là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử A,B nguyên chất

Nội suy theo bảng I.213 đối với methanol và bảng I.250 đối với nước từ sổ tay quá trình thiết bị công nghê hóa chất tập 1

Nội suy ta có với xF = 0.15789 thì y*

F = 0.5112, tF = 84.20C.

Với xP = 0.931 thì tP= 65.5oC

Với xW = 0.0085 thì tw= 99.70C

A

A

B

B

Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đầu vào ta tính được r1 Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đỉnh ta tính được rd.Với yd là nồng độ hơi tương ứng với nồng độ pha lỏng xP

theo phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :

Ta có hệ pt

291.6

* *0.15789 0.931*291.6 (9876.24 1368.88 ) 984.62* 8207.36*0.931 (1 0.931)*9876.24 8752111

g G

g y G

 = +





Giải ra ta được gl = 937.95kmol/h, Gl=646.35kmol/h, yl=0.3982 kmol/kmol

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :

937.95

961.29 /

tbl

g g

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là :

G tbl = . 646.35 669.74 /

G G

kmol h

.

2.1.2 Lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng:

Lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng được xác định gần đúng bằng công thức tính:

'n 'l

tbc

g g

g = +

Với gtbc là lượng hơi trung bình đi quan đoạn chưng,kg/h hay kmol/h.

'n

g là lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng , g'n=gl

l

g ’ là lượng hơi đi vào đoạn chưng ,kg/h hay kmol/h

Lượng hơi đi vào đoạn chưng gl,lượng lỏng G1’ và hàm lượng lỏng x1’ được xác định theo hệ phương trình sau:

G’l= gl’ + GW

G’l*x’1 =g’l*yW + GW*xW

g l’*r’1 = gn’*rn’= g1*r1

Trong đó y1’= yW = 0.0085 theo đường cân bằng ứng với xw

r =r y + −y r −

ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

r =r y + −y r − ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

Thay số và tính tương tự phần luyện ta có hệ

G’l= gl’+ 154.8

G’l*x’1 =0.0085 g’l + 13.158

9712.44g’l =8752111

Giả hệ ta có g’1 = 901.1 kmol/h , G’l = 1055.9 kmol/h, x’1= 0.0197 kmol/h

Vậy lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng là

'n 'l

tbc

g g

g = +

=937.95 901.1

2

+

=919.53 kmol/h Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng là :

Gtbl = ' 646.35+1055.9 851.13 /

G G

kmol h